ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2008, том 48, № 2, с. 162-172
УДК 550.338.1
ОСОБЕННОСТИ ПОЛЯРНЫХ СИЯНИЙ В УТРЕННЕМ СЕКТОРЕ
ВО ВРЕМЯ SC
© 2008 г. В. Г. Воробьев1, В. Б. Белаховский1, О. И. Ягодкина1, В. К. Ролдугин1, М. Р. Хаирстон2
Полярный геофизический институт КНЦРАН, Апатиты (Мурманская обл.) 2Центр космических исследований, Техасский Университет, Даллас, США e-mail: vorobjev@pgi.kolasc.net.ru Поступила в редакцию 18.06.2007 г. После доработки 20.09.2007 г.
Оптические наблюдения на о. Хейса и измерения скорости ионного дрейфа на спутнике DMSP F8 использовались для изучения характеристик полярных сияний и ионосферной конвекции до и после SC, зарегистрированного 13 января 1988 г. в 23.30 UT. Показано, что в спокойный период до SC в полярных сияниях утреннего сектора можно выделить две зоны свечения: мягкую, содержащую в себе дуги сияний, и экваториальнее ее, более жесткую зону диффузных высыпаний. После момента SC наблюдалась сначала постепенная плавная активизация сияний в обеих зонах, а затем с задержкой в 4—5 мин более резкое увеличение интенсивности диффузного свечения и появление множественных ярких дискретных форм сияний по всему небосводу. В области диффузных высыпаний после SC обнаружены вариации интенсивности свечения с периодом 6—7 мин. Авроральные пульсации хорошо коррелируют с пульсациями геомагнитного поля. В спокойный период до SC направленная к Солнцу конвекция была сосредоточена в области мягких высыпаний в виде струй (дже-тов), располагающихся в окрестности дуг полярных сияний. После SC значительная, направленная к Солнцу, конвекция наблюдалась в области диффузных высыпаний. В окрестности дуг сияний зарегистрированы пики направленной вверх скорости ионного дрейфа.
PACS: 94.20.Ac; 94.30.Aa
1. ВВЕДЕНИЕ
В работе рассмотрены характеристики сияний в утреннем секторе до и после внезапного начала бури (SC) 13 января 1988 г., которое было вызвано взаимодействием магнитосферы с межпланетным магнитным облаком. Интерес к исследованию геофизических процессов в периоды регистрации магнитных облаков обусловлен тем обстоятельством, что в течение относительно небольших интервалов времени магнитосфера Земли контактирует с межпланетной средой, имеющей существенно различные характеристики по параметрам плазмы солнечного ветра и межпланетного магнитного поля (ММП).
Различные аспекты солнечно-земных связей в период регистрации магнитного облака 13—14 января 1988 г. активно обсуждались в научной литературе. В частности, структура облака, вариации ММП и параметров солнечного ветра, крупномасштабные характеристики ионосферной конвекции, а также особенности развития суббуревой активности опубликованы в работах [Farrugia et al., 1993a; Freeman et al., 1993; Farrugia et al., 1993b]. Колебания магнитного поля, широтное распределение риометрического поглощения и некоторые аспекты поведения сияний после SC изложены в работе [Шумилов и др., 1991]. По дан-
ным узкоугольных (угол зрения 6°) фотометров, ориентированных в магнитный зенит, Шумилов и др. (1991) отмечают запаздывание в 4—5 мин активизации дискретных форм сияний на широте обсерватории о. Хейса относительно момента SC.
Характеристики полярных сияний в периоды SC исследовались многими авторами как с помощью наземной, так и спутниковой аппаратуры [Воробьев, 1974; 1977; Ролдугин, 1974; Craven et al., 1986; Egeland et al., 1994; Zhou and Tsurutani, 1999; Zhou et al., 2003; Meurant et al., 2004; Ko-zlovsky et al., 2005 и др.]. По данным мировой сети фотографических камер всего неба в работах [Воробьев, 1974; 1977] было показано, что непосредственно после SC происходит кратковременное (3—8 мин) увеличение интенсивности дискретных форм сияний как в дневном, так и в ночном секторах овала. Более того, на ночной стороне на широтах 60°—70° формируется широкая область диффузного свечения, которая имеет тенденцию располагаться вдоль L = const, а не вдоль овала сияний. В работе [Craven et al., 1986] по наблюдениям в ультрафиолетовой (УФ) области спектра со спутника DE1 было показано, что после SC уярчается весь авроральный овал. Эти результаты поддерживают и оптические наблюдения, выполненные на обсерватории Лонгирбюен (арх.
Шпицберген) в период SC 29 декабря 1981 г. [Ege-land et al., 1994]. Обсерватория Лонгирбюен, широта которой примерно совпадает с широтой обсерватории о. Хейса, располагалась в момент SC на меридиане ~07.30 MLT. Данные меридионального сканирующего фотометра указывают на то, что SC сопровождалось увеличением интенсивности свечения по всему небу. При этом отношение интенсивностей эмиссий I5577/I6300, которые были суммированы в интервале зенитных углов 0°— 70°, значительно выросло, свидетельствуя об увеличении жесткости высыпающихся электронов.
Более поздние оптические наблюдения в УФ области спектра со спутников Polar и Image показали [Zhou and Tsurutani, 1999; Meurant et al. 2004], что после SC увеличение яркости сияний происходит сначала в полуденном секторе авроральной зоны. Затем яркое свечение распространяется в восточном и западном направлениях вдоль овала сияний со скоростями ~6 и ~11 км/с соответственно [Zhou and Tsurutani, 1999]. Эти скорости существенно выше скоростей движения дискретных форм сияний, которые обычно меньше 1 км/с, но хорошо согласуются со скоростью потока солнечного ветра, измеренного на спутнике около флангов магнитосферы.
Обобщая результаты наземных и спутниковых наблюдений, в работах [Boudouridis et al., 2003; Kozlovsky et al., 2005] было высказано предположение о существовании двух типов отклика сияний на взаимодействие магнитосферы с импульсами динамического давления солнечного ветра. Первый тип — это "быстрый отклик", когда в течение 1—2 мин после SC или SI наблюдается интенсификация сияний во всем овале. Второй тип — "медленный отклик", когда интенсификация сияний распространяется от полуденного сектора в восточном и западном направлениях со скоростью около 10 км/с. Авторы полагают, что важную роль здесь играют условия в солнечном ветре, предшествующие импульсу давления. "Быстрому отклику" сияний обычно предшествует длительный интервал южного ММП, в то время как близкие к нулю или положительные значения ^-компоненты ММП могут привести к "медленному отклику".
Наличие "медленного отклика" сияний на импульс динамического давления солнечного ветра обнаружено, главным образом, по наблюдениям спутников и УФ области спектра. Спутниковые наблюдения аврорального свечения, хотя и дают крупномасштабную картину развития сияний, значительно уступают наземным наблюдениям по чувствительности и пространственному разрешению. Величина одного пикселя в приемнике УФ излучения на спутнике Polar составляет ~40 км, что не позволяет исследовать динамику отдельных, зачастую достаточно слабых, дискретных форм сияний. Для более детального изучения
поведения сияний в период так называемого "медленного отклика" необходим детальный анализ комплексных оптических наблюдений, выполненных с поверхности Земли. При этом такие исследования наиболее целесообразно осуществлять в утреннем секторе авроральной зоны, где наличие или отсутствие задержки в интенсификации аврорального свечения после 8С будут свидетельствовать о типе отклика сияний на импульс динамического давления.
Целью данной работы является детальное исследование поведения сияний и вариаций магнитного поля до и после SC, зарегистрированного 13 января 1988 г. в 23.30 иТ. 8С наблюдалось на спокойном фоне при северной ориентации Бг-компоненты ММП, что должно соответствовать "медленному отклику" сияний на импульс динамического давления солнечного ветра. Показано, что после момента 8С наблюдалась сначала постепенная плавная активизация сияний, а затем с задержкой в 4—5 мин более резкое увеличение их интенсивности. Измерения скорости ионного дрейфа на спутнике ЭМ8Р Б8 использованы для определения положения различных форм сияний в системе ионосферной конвекции.
2. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДАННЫЕ
В работе использованы данные, полученные с помощью меридионального сканирующего фотометра (ФСК) и фотографической камеры всего неба на о. Хейса (HIS, Ф' = 75.0°; MLT = UT + 4.6). Сканирующий фотометр имел три отдельных канала, с интерференционными фильтрами на основные авроральные эмиссии. Полный угол зрения каждого канала — 0.5°. Регистрация данных велась в аналоговом виде на многоканальный самописец. Уровень шума составлял ~10 R (Рэлей), чувствительность в зеленой линии атомарного кислорода 557.7 нм — 40 R/мм. Время сканирования геомагнитного меридиана 8 с, стандартный режим работы 1 скан/мин.
Фотографическая камера всего неба "Аврора" была снабжена объективом типа "рыбий глаз" и производила съемку всего небосвода на черно-белую кинопленку в режиме 1 кадр/мин с экспозицией 20 с. Начало экспозиции и начало сканирования ФСК осуществлялось автоматически в "нулевую" секунду каждой минуты.
В работе использованы данные двух пролетов спутника DMSP F8, которые попали в поле зрения камеры "Аврора". Спутник измерял скорость ионного дрейфа поперек траектории полета (Vy-компонента) и скорость вертикального дрейфа (^-компонента). К сожалению, в этих пролетах отсутствует информация о характеристиках высыпающихся частиц.
Рис. 1. География эксперимента. Круг радиусом 500 км — поле зрения камеры всего неба. Жирной сплошной линией в круге показано направление сканирования ФСК. Линии со стрелками — траектории двух пролетов спутника цифрами указано их мировое время на широте о. Хейса.
География эксперимента показана на рис. 1, где изображен фрагмент географической карты, включающий в себя арх. Земля Франца-Иосифа. На карте сплошными линиями нанесены географические координаты, а штриховым и — исправленные геомагнитные. Здесь же, на карте, нанесены траектории двух пролетов спутника F8, которые в поле зрения камеры всего неба находятся к западу от зенита. Штриховкой в поле зрения камеры нанесено примерное положение очень слабой дуги сияний, наблюдаемой в 00.18 UT примерно на 0.5° к полюсу от зенита обсерватории. На карте также показано положение обс. о. Диксон (DIX) и о. Белый (BEL), вариации магнитного поля на которых использованы
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.